CN109487025A - 一种炉顶氮气系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种炉顶氮气系统，包括主管路、阀箱供气回路、气密箱供气回路，为炉顶设备提供氮气的气密箱和阀箱，气密箱连通气密箱供气回路，阀箱连通阀箱供气回路，主管路分为两路分别连通气密箱和阀箱；阀箱供气回路中设置三条并联管路，三条并联管路与三条调控管路中均设置有流量控制装置；主管路中设置有一压力变送器，主管路在压力变送器的出口处分为第一支路和第二支路，第一支路与阀箱连通，第二支路与气密箱连通阀箱供气回路中设置三条并联管路以及气密箱供气回路中设置的三条并联的调控管路均能有效调整和控制氮气供应量，而且能分开调整气密箱和阀箱的供气量，实现按需供应，在不影响设备性能的前提下节省用气量，避免能源浪费。
Description
技术领域
本发明属于冶金机械领域，具体涉及一种炉顶氮气系统。
背景技术
氮气是高炉冶炼过程中消耗最大的惰性气体，阀箱和气密箱是炉顶布料的关键设备，在工作过程中均需要消耗大量氮气用于冷却和密封，通入氮气可以降低阀箱和气密箱的工作温度，提高设备的稳定性和使用寿命，同时氮气也可以防止灰尘和高温气体进入传动部件，导致气密箱设备卡阻和损坏，但受冶炼工艺和设备结构影响，不同炉顶使用氮气量不同，且控制困难，通入氮气量过大会导致氮气浪费和能源消耗加大，通入氮气量过小则会导致设备故障。
通常氮气系统通过中间气罐分三路进入炉顶设备的阀箱和气密箱，通过减压阀、流量计、压力变送器和温度变送器进行氮气的检查和控制。
常规炉顶氮气系统包括气罐、电动阀、过滤器、压力表、减压阀、止回阀、温度变送器、压力变送器、流量计、蝶阀、风机、球阀、限流孔板。氮气通过气罐经电动阀、过滤器减压阀、止回阀、流量计蝶阀后分三路进去阀箱和气密箱，结构如图1所示。现有技术氮气系统问题较多：
1、氮气使用量大，气密箱和阀箱氮气未能有效控制。
2、测量精度低，阀箱和气密箱氮气合并测量，无法得到每个设备的氮气消耗量。
3、氮气调整困难，氮气用量只能通过主管道对阀箱和气密箱统一调整，精确调整困难。
4、检修更换困难，流量计损坏后无法在线更换，只能休风停产更换。
5、炉顶气体排放量大，通入设备内的大量氮气最终进入高炉气体排放，用量大则排放量大。
6、能源浪费，大量排放氮气的处理增加了处理环节的能源消耗。
7、故障率高，大量氮气带入的杂质增加了设备的故障率，降低了设备运行的平稳性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种炉顶氮气系统，气密箱供气回路中均设置有三条并联的调控管路，所述三条并联的调控管路中均设置有流量控制装置；阀箱供气回路中设置三条并联管路以及气密箱供气回路中设置的三条并联的调控管路均能有效调整和控制氮气供应量，而且能分开调整气密箱和阀箱的供气量，实现按需供应，节省能源。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种炉顶氮气系统，包括主管路、阀箱供气回路、气密箱供气回路，为炉顶设备提供氮气的气密箱和阀箱，气密箱连通气密箱供气回路，阀箱连通阀箱供气回路，主管路分为两路分别连通气密箱和阀箱；
阀箱供气回路中设置三条并联管路，所述三条并联管路中均设置有流量控制装置；气密箱供气回路中均设置有三条并联的调控管路，所述三条并联的调控管路中均设置有流量控制装置；主管路中设置有一压力变送器，主管路在压力变送器的出口处分为第一支路和第二支路，第一支路与阀箱连通，第二支路与气密箱连通。
第一支路沿着气流方向依次设置有第一蝶阀、第一流量计和第二蝶阀，第二蝶阀的出口分别连通阀箱供气回路中的三条并联管路和气密箱；
第二支路沿着气流方向依次设置有第四蝶阀、第二流量计和第五蝶阀，第五蝶阀的出口分别连通气密箱回路中的三条并联的调控管路和气密箱。
气密箱供气回路还连接有新鲜空气管路，第四蝶阀的入口处连通新鲜空气管路，新鲜空气管路沿气体流向设置风机和第三蝶阀。
主管路上沿着氮气流向在气源与压力变送器之间还依次设置有电动阀、过滤器、第一压力表、减压阀、止回阀、第二压力表以及温度变送器。
气密箱的顶部设置上进气口；沿着气流方向，上进气口与第一支路和阀箱供气回路的连接处之间依次设置有第九蝶阀、第三限流孔板以及第一球阀。
沿着气流方向，上进气口与第二支路和气密箱供气回路连接点之间依次设置第一球阀和第三限流孔板。
气密箱供气回路中的三条并联的调控管路分为第一调控管路、第二调控管路和第三调控管路，沿着气流方向，第一调控管路中的流量控制装置包括依次设置的第五限流孔板和第二球阀，第二调控管路中的流量控制装置包括依次设置的第四限流孔板和第十一蝶阀，第三调控管路中的流量控制装置包括依次设置的电动蝶阀和第十蝶阀。
第三限流孔板的通流面积小于第五限流孔板的通流面积，第五限流孔板的通流面积小于第四限流孔板的通流面积。
阀箱供气回路中的三条并联管路分为第一并联管路、第二并联管路和第三并联管路，沿着气流方向，第一并联管路中的流量控制装置包括依次设置的第二限流孔板和第六蝶阀；第二并联管路中的流量控制装置包括依次设置的第一限流孔板和第七蝶阀；第三并联管路中的流量控制装置包括依次设置的电动蝶阀和第八蝶阀，第二限流孔板的通流面积小于第一限流孔板的通流面积。
气密箱的中部设置下进气口，下进气口连通三条并联的调控管路。
炉顶设备气密箱和阀箱的氮气用量和高炉料面中心温度相关，高炉料面中心温度较高时，炉顶上升气流较大，用于密封的氮气较大，同时阀箱和气密箱的温度较高，用于冷却的氮气较大，炉顶氮气用量和高炉冶炼时的料面中心温度直接相关，影响该温度的原因有冶炼工艺、冶炼模式、矿石结构、高炉炉况等多种因素，其中，中心加焦冶炼模式下温度可以上升到常规的1.5到2.5倍
本发明所述氮气系统阀箱和气密箱的氮气回路分开控制，阀箱供气可以选择仅第二限流孔板所控气路、仅第一限流孔板所控气路以及第一限流孔板和第二限流孔板所控气路同时供气三种供气方式，可跟进不同的炉顶工况选择最佳的阀箱氮气供应量；
气密箱供气可以下四种供气方式实现：通过仅限流孔板气路供气、通过限流孔板和第四限流孔板气路供气、通过第三限流孔板和第五限流孔板气路供气以及通过第三限流孔板、第四限流孔板和第五限流孔板气路同时供气，使用中可根据不同工况选择最佳气密箱氮气用量，减少不必要的氮气供给，降低炉顶设备的氮气消耗。
常规氮气系统气密箱氮气只有打开和关闭选择，在炉顶温度较高时只能选择通入不限量氮气，且阀箱和气密箱采用同一流量计管路，产生相互干扰，气密箱温度较高时只能打开不限量阀门导致整个管路系统压力下降，压力下降将导致阀箱氮气供应量变小，此时只能提高电动阀的开口度，加大整个系统的氮气供应，进一步增加了氮气消耗，本发明根据设备温度不同选取不同的氮气供应量，采用分开的氮气管路及测量，减少了氮气的总体消耗。
采用第一流量计测量阀箱的氮气用量，采用第二流量计测量气密箱的氮气用量，阀箱的氮气用量和气密箱的氮气用量分开计量，数据更加精准。
氮气供给量调节方便，调节阀箱和气密箱氮气量时仅需通过打开或关闭氮气流量控制装置来选择不同供气管路保护设备安全，所述系统氮气调节方便，减少了阀箱氮气和气密箱氮气的相互干扰和影响。
能实现第一流量计和第二流量计的在线维修和更换，维修更换流量计时，打开第九蝶阀，关闭第二蝶阀和第一蝶阀，主管路气体对阀箱回路和气密箱回路同时供气，通过第二流量计对供气量进行计量，不影响氮气使用，实现线对第一流量计进行维修更换；第二流量计检修或更换时关闭第四蝶阀和第五蝶阀，打开第九蝶阀进行在线维修更换，不影响氮气持续供应和使用。
流量计为精密元件，在炉顶高空平台上受粉尘、震动、煤气、高温等恶劣环境影响容易损坏，氮气中水分及杂质含量较大也容器损坏流量计，流量计为氮气系统中的易损件，常规氮气系统中流量计损坏需要终止高炉冶炼方能进行维修更换，成本巨大。
通过多种氮气用量选择和调节，可以有效的减少阀箱和气密箱不必要的氮气消耗，由于炉顶氮气最终进入高炉后即和高炉气体混为一体，所以减少氮气用量可同时减少高炉气体排放。
通过对阀箱和气密箱的用气量控制，减少了高炉冶炼过程中的炉顶氮气消耗，减少了高炉气体的排放，节省了生产氮气和处理高炉排放气体的能源消耗。
所述系统降低了氮气输入，减少了长期大流量氮气对氮气系统元件的损坏，减少了大量气体带入的灰尘和杂质堆积造成的阀箱和气密箱故障，减少了大量氮气对气密箱冷却水系统的冲击故障，增加了设备运行的稳定性。
本发明与现有技术相比至少具有以下有益效果：减少氮气消耗，控制了气密箱和阀箱氮气的消耗量，减少了氮气用量；测量精度高，气密箱和阀箱氮气分开计量，提高了系统的测量精度；氮气调整方便，气密箱和阀箱氮气用量独立调节，调节更为简便可靠；在线检修，流量计可实现在线更换检修，减少非计划停产提高生产率；减少排放，有效的控制了氮气的使用量，降低了废气排放；节省能源，降低了氮气消耗和排放，减少了生产氮气和处理排放气体的能源消耗；减少故障，降低氮气减少了气体杂质对设备的污染和水冷却系统的冲击，提高设备稳定性。
附图说明
图1为现有技术氮气系统示意图。
图2为本发明炉顶氮气系统示意图。
附图中，1-气罐，2-电动阀，3过滤器，4-压力表，5-减压阀，6-止回阀，7-压力表，8-温度变送器，9-压力变送器，10-第一蝶阀，11-第一流量计，12-第二蝶阀，13-风机，14-第三蝶阀，15-第四蝶阀16-第二流量计，17-第五蝶阀，18-电动蝶阀，19-第一限流孔板，20-第二限流孔板，21-第六蝶阀，22-第七蝶阀，23-第八蝶阀，24-第三限流孔板，25-第一球阀，26-第九蝶阀，27-第十蝶阀，28-电动蝶阀，29-第十一蝶阀，30-第四限流孔板，31-第五限流孔板，32-第二球阀，33-气密箱，34-阀箱，35-阀箱进气口，36-气密箱上进气口，37-气密箱下进气口，38-管道。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
所述氮气系统阀箱34和气密箱33的氮气回路分开控制，阀箱34供气可以选择第二限流孔板20气路、第一限流孔板19气路、第一限流孔板19和第二限流孔板20气路同时供气三种供气方式，可跟进不同的炉顶工况选择最佳的阀箱34氮气供应量；
气密箱33供气可选择第三限流孔板24气路、第三限流孔板24和31气路、第三限流孔板24和第四限流孔板30气路、第三限流孔板24、第四限流孔板30和第五限流孔板气路四种气密箱33供气方式，使用中可根据不同工况选择最佳气密箱33氮气用量，减少不必要的氮气供给，降低炉顶设备的氮气消耗。
主管路氮气经过气罐1、电动阀2、过滤器3进入减压阀5，根据第一压力表4和第二压力表7的数据调节减压阀5，使第二压力表7达到系统设计的压力，温度变送器8和压力变送器9将减压后的氮气温度值和压力值分别传输到高炉中控系统，经过主管路的氮气分为两路分别经第一蝶阀10和管路38进入阀箱34和气密箱33，系统正常工作时第三蝶阀14和第九蝶阀26关闭，第一流量计11测量阀箱34用气量，第二流量计16测量气密箱33用气量。
本发明优选的，系统供压范围为0.3MPa-0.8MPa。
阀箱34供气由主管道氮气经第一蝶阀10、流量计11、第二蝶阀12进入阀箱氮气回路，阀箱氮气回路中设置三条并联管路，第二限流孔板20和第六蝶阀21为一路，第一限流孔板19和第七蝶阀22为一路，电动蝶阀18和第八蝶阀23为一路，三条并联管路中氮气汇总后通过进气口35进入阀箱34对其进行冷却，阀箱34的氮气用量采用通流参数不同的第一限流孔板19和第二限流孔板20选择调节，打开限流孔板后蝶阀气路打开，关闭限流孔板后蝶阀气路关闭，可打开第一限流孔板19和第二限流孔板20中任一气路，也可两者同时打开，共有三种流量选择，对阀箱34氮气供应量设置为100Nm3/h-1800Nm3/h，在常规温度下仅打开第六蝶阀21，通过小流量第二限流孔板20为阀箱34供气，即通过第一并联管路向阀箱34供气；中温时仅打开第七蝶阀22通过中等流量第一限流孔板19为阀箱34供气，即通过第二并联管路向阀箱34供气；高温时打开第六蝶阀21和第七蝶阀22通过第一并联管路和第二并联管路同时为阀箱34供气，在紧急事故状态下通过自动控制系统自动打开电动蝶阀18氮气不限流通入阀箱34对其进行冷却，电动蝶阀18失效可手动调节第八蝶阀23进行阀箱34的紧急冷却，即同时由三条并联管路向阀箱34不限量供气。
气密箱33由主管道氮气通过管道38经第四蝶阀15、流量计16、第五蝶阀17分两路进入气密箱33进行冷却和密封，一路是通过第三限流孔板24、第一球阀25进入上进气口36，另一路是通过并联的三条并联的调控管路进入下进气口37，三条并联的调控管路分别安装了第四限流孔板30、第五限流孔板、电动蝶阀28和相应的开关阀门，根据不同的用气需求，选择仅第三限流孔板24通气，即通过第三限流孔板24所在供气回路向气密箱33供气，第三限流孔板24所在供气回路为常开供气回路；通过第三限流孔板24和第五限流孔板通气，即通过常开供气回路以及第一调控管路向气密箱33供气；打开第三限流孔板24和第四限流孔板30通气，即通过常开供气回路以及第二调控管路向气密箱33供气；打开第三限流孔板24、第四限流孔板30以及第五限流孔板同时通气，即通过常开供气回路以及三条并联的调控管路向气密箱33不限量供气，气密箱33氮气量设置为100Nm3/h-3000Nm3/h。
其中，第三限流孔板24的通流面积小于第五限流孔板的通流面积，第五限流孔板的通流面积小于第四限流孔板30的通流面积，对应本发明所述较小流量、中等流量和大流量的限流孔板。
在设备正常温度下仅通过小流量第三限流孔板24为气密箱33供气；中温时打开第二球阀32通过较小流量第三限流孔板24和中等流量第五限流孔板同时为气密箱33供气，较高温度时打开第十一蝶阀29，通过小流量第三限流孔板24和大流量第四限流孔板30同时为气密箱33供气，高温时打开第二球阀32和第十一蝶阀29，通过第三限流孔板24、限流孔30和限流孔31同时为气密箱33供入大量氮气，紧急状态下可开启电动蝶阀28和第十蝶阀27对气密箱33进行不限量供气。
第一流量计11需要检修或更换时，打开第九蝶阀26，关闭第二蝶阀12和第一蝶阀10，主管路通过第二支路对阀箱回路和气密箱回路持续供气，由第二流量计16对氮气进行计量，不影响正常使用，实现在线对第一流量计11进行维修更换；第二流量计16需要检修或更换时，关闭第四蝶阀15和第五蝶阀17，打开第九蝶阀26进行在线维修更换。
阀箱34及气密箱33需要人工检修时，关闭电动阀2切断氮气，打开第三蝶阀14，启动风机13，给设备内通入大量新鲜空气，新鲜空气从气密箱供气回路送至设备内，待氮气和高温气体被驱散后，对阀箱34和气密箱33进行人工检修。
Claims (10)
1.一种炉顶氮气系统，其特征在于，包括主管路、阀箱供气回路、气密箱供气回路，为炉顶设备提供氮气的气密箱(33)和阀箱(34)，气密箱(33)连通气密箱供气回路，阀箱(34)连通阀箱供气回路，主管路分为两路分别连通气密箱(33)和阀箱(34)；
阀箱供气回路中设置三条并联管路，所述三条并联管路中均设置有流量控制装置；气密箱供气回路中均设置有三条并联的调控管路，所述三条并联的调控管路中均设置有流量控制装置；主管路中设置有一压力变送器(9)，主管路在压力变送器(9)的出口处分为第一支路和第二支路，第一支路与阀箱(34)连通，第二支路与气密箱(33)连通。
2.根据权利要求1所述的炉顶氮气系统，其特征在于，第一支路沿着气流方向依次设置有第一蝶阀(10)、第一流量计(11)和第二蝶阀(12)，第二蝶阀(12)的出口分别连通阀箱供气回路中的三条并联管路和气密箱(33)；
第二支路沿着气流方向依次设置有第四蝶阀(15)、第二流量计(16)和第五蝶阀(17)，第五蝶阀(17)的出口分别连通气密箱回路中的三条并联的调控管路和气密箱(33)。
3.根据权利要求1所述的炉顶氮气系统，其特征在于，气密箱供气回路还连接有新鲜空气管路，第四蝶阀(15)的入口处连通新鲜空气管路，新鲜空气管路沿气体流向设置风机(13)和第三蝶阀(14)。
4.根据权利要求1所述的炉顶氮气系统，其特征在于，主管路上沿着氮气流向在气源与压力变送器(9)之间还依次设置有电动阀(2)、过滤器、第一压力表(4)、减压阀(5)、止回阀(6)、第二压力表(7)以及温度变送器(8)。
5.根据权利要求1所述的炉顶氮气系统，其特征在于，气密箱(33)的顶部设置上进气口(36)；沿着气流方向，上进气口(36)与第一支路和阀箱供气回路的连接处之间依次设置有第九蝶阀(26)、第三限流孔板(24)以及第一球阀(25)。
6.根据权利要求5所述的炉顶氮气系统，其特征在于，沿着气流方向，上进气口(36)与第二支路和气密箱供气回路连接点之间依次设置第一球阀(25)和第三限流孔板(24)。
7.根据权利要求6所述的炉顶氮气系统，其特征在于，气密箱供气回路中的三条并联的调控管路分为第一调控管路、第二调控管路和第三调控管路，沿着气流方向，第一调控管路中的流量控制装置包括依次设置的第五限流孔板和第二球阀(32)，第二调控管路中的流量控制装置包括依次设置的第四限流孔板(30)和第十一蝶阀(29)，第三调控管路中的流量控制装置包括依次设置的电动蝶阀(28)和第十蝶阀(27)。
8.根据权利要求9所述的炉顶氮气系统，其特征在于，第三限流孔板(24)的通流面积小于第五限流孔板的通流面积，第五限流孔板的通流面积小于第四限流孔板(30)的通流面积。
9.根据权利要求1所述的炉顶氮气系统，其特征在于，阀箱供气回路中的三条并联管路分为第一并联管路、第二并联管路和第三并联管路，沿着气流方向，第一并联管路中的流量控制装置包括依次设置的第二限流孔板(20)和第六蝶阀(21)；第二并联管路中的流量控制装置包括依次设置的第一限流孔板(19)和第七蝶阀(22)；第三并联管路中的流量控制装置包括依次设置的电动蝶阀(18)和第八蝶阀(23)，第二限流孔板(20)的通流面积小于第一限流孔板(19)的通流面积。
10.根据权利要求1～9任一项所述的炉顶氮气系统，其特征在于，气密箱(33)的中部设置下进气口(37)，下进气口(37)连通三条并联的调控管路。
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